A talaj arbuszkuláris mikorrhiza gomba közösségének szerepe a növényi invázióban

Természetvédelmi Közlemények 19, pp. 1–14, 2013

A talaj arbuszkuláris mikorrhiza gomba közösségének szerepe a növényi invázióban Endresz Gábor 1* és Kalapos Tibor 1 ELTE TTK, Biológiai Intézet, Növényrendszertani, Ökológiai és Elméleti Biológiai Tanszék, 1117 Budapest, Pázmány P. sétány 1/C. *Jelenlegi cím: Szent László Gimnázium, 1102 Budapest, Kőrösi-Csoma Sándor út 28-34. e-mail: [email protected] 1

Összefoglaló: A szárazföldi növények mintegy 90 % -a mikorrhiza kapcsolatban él valamilyen gombával. Leggyakoribb az arbuszkuláris mikorrhiza (AM), ami mindkét résztvevőre kevéssé fajspecifi kus és a gombapartnerek között sok a kozmopolita. Ezért sokáig úgy tartották, hogy az AM nem játszik számottevő szerepet a növényi invázióban. Az utóbbi két évtized kutatásai megmutatták, hogy az AM elősegítheti vagy épp ellenkezőleg, gátolhatja a növényi inváziót. Az inváziós növények általában kevésbé mikorrhizára utaltak, mint az őshonos fajok, mivel vagy nem mikorrhizáltak, vagy ha azok, akkor széles elterjedésű, generalista AM gombafajokkal alakítanak ki kapcsolatot. Képesek a helyi AM közösséghez úgy kapcsolódni, hogy eredményeképp kompetíciós erélyük növekszik (pl. asszimilátumokat vonnak el más növényektől a közös gombafonal hálózaton keresztül). Többféle mechanizmus (pl. allelopátia, tápelem felhalmozás, eltérő növényi vagy AM gomba fenológia, gyors növekedés, magas egyedszám) útján átalakíthatják a talaj mikorrhiza közösségét úgy, hogy az jobban támogatja az inváziós fajt, mint a honos növényeket. Sok esetben az élőhely eredeti AM közössége fontos eleme a honos növényközösség invázióval szembeni ellenállásának. Ezért az inváziós fajok elleni védekezés, illetve az általuk elözönlött területek helyreállítása megkövetelheti a beavatkozást a talaj AM közösségébe is (pl. spóraoltással, talajterítéssel). Ehhez az özöngyom AM kapcsolatának és a talaj mikrobiális közösségének alapos ismerete szükséges. Kulcsszavak: allelopátia, endomikorrhiza, inváziós növények, közösségi ökológia, szemle

Bevezetés Napjaink egyik legégetőbb természetvédelmi problémája az új élőhelyre behurcolt idegenhonos növények tömeges elszaporodása (inváziója), és ennek nyomán a helyi biológiai sokféleség csökkenése, ill. az ökoszisztéma működések és szolgáltatások módosulása (Mihály & Botta-Dukát 2004, Millennium Ecosystem Assessment 2005). Az özöngyomok elszaporodása ma már komoly gazdasági veszteségeket Természetvédelmi Közlemények, 19, 2013 Magyar Biológiai Társaság

2

ENDRESZ G. ÉS K ALAPOS T.

és közegészségügyi problémákat is okoz (Török et al. 2003, Pimentel et al. 2005). Nem csoda, hogy a növényi inváziókkal foglalkozó kutatások és szakirodalom az utóbbi két évtizedben ugrásszerűen bővült (Botta-Dukát 2004). Számos, részben átfedő elmélet látott napvilágot annak magyarázatára, hogy milyen mechanizmusnak tulajdonítható az idegen faj sikeressége új élőhelyén (jó összefoglalását lásd pl. Hierro et al. 2005, Mitchell et al. 2006, Richardson & Pyšek 2006 munkáiban). Ilyenek az ellenségtől mentesülés (Keane & Crawley 2002), közösségre nézve új fegyverek birtoklása (Callaway & Ridenour 2004, Callaway et al. 2008), fokozott kompetíciós erély gyors evolúciója (Blossey & Nötzold 1995, Bossdorf et al. 2005), ingadozó forrás hozzáférhetőség az élőhelyen (Davis et al. 2000), üres ökológiai niche betöltése (Moles et al. 2008), vagy a helyi közösség invázió okozta öszszeomlásával csökkent ellenállás a behatolóval szemben (Simberloff & Von Holle 1999). Újabban a kutatók figyelme a talaj élővilágának, főleg a mikrobiótának, a növényi invázióban játszott lehetséges közvetítő szerepére irányul (Klironomos 2002, Fitter 2005, Reinhart & Callaway 2006). Az arbuszkuláris mikorrhiza (AM) gombák ebben a tekintetben kiemelten fontosak lehetnek széles elterjedésük és az életközösségekben és ökoszisztémákban betöltött kulcsfontosságú szerepük miatt (Brundrett 1991, Rillig 2004). Az AM gomba kapcsolat ősi és általánosan elterjedt a szárazföldi növények körében, csupán néhány rokonsági körben (pl. Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae) ritka (Wang & Qiu 2006). A szimbiózis révén javul a növény ásványi tápanyag- és vízellátása, ezáltal kompetíciós erélye és stressztűrő képessége, gyökere pedig védelmet élvez egyes kártevőkkel szemben (Newsham et al. 1995, Takács & Vörös 2003). Cserébe az AM partner a növény szénasszimilátumainak jelentős részét, akár 20%-át is elvonhatja (Smith & Read 2008). Mivel az obligát biotróf AM gombapartner esetében az eddig leírt kb. 230 faj (Schüßler & Walker 2010) képez szimbionta kapcsolatot a szárazföldi növények közel 90 %- ával, ez az együttélés szükségképpen nem fajspecifikus, bár az együttműködés hatékonysága eltérő lehet különböző AM gomba partnerekkel (van der Heijden et al. 1998). A növény részéről az AM kapcsolat lehet kizárólagos és fakultatív. A növényfajok mikorrhiza-függőségét általában úgy definiálják, hogy mekkora különbség mérhető mikorrhiza nélküli és mikorrhizás kezelések között a növények növekedésében (Klironomos 2003), bár Janos (2007) szerint ez inkább a növényi válaszkészséget mutatja meg, a függőséget pedig azzal a legalacsonyabb foszforkoncentrációval jellemzi, amelyen a növény még képes mikorrhiza nélkül is nőni. A különböző növényfajok mikorrhiza hatására bekövetkező növekedési válaszaiban nagy eltérések Természetvédelmi Közlemények 19, 2013

ARBUSZKULÁRIS MIKORRHIZA ÉS NÖVÉNYI INVÁZIÓ

3

lehetnek (Pringle et al. 2009), ezt ráadásul befolyásolhatja a talaj foszforellátása is. A növények általában foszforlimitált környezetben adnak pozitív növekedési választ mikorrhiza jelenlétére (Smith & Smith 2011). A növény- és gombataxontól, illetve környezeti feltételektől függően mutualizmus helyett gazda-parazita kapcsolat is kialakulhat (Klironomos 2003). A növény előnyben részesítheti a vele leghatékonyabban együttműködő mikorrhiza fajt és ezzel nagyban befolyásolhatja a talaj AM gomba közösségének összetételét (Bever et al. 2008, Zhang et al. 2010). Szemlénkben azoknak a kutatásoknak az eredményeit foglaljuk össze, amik a növényi inváziók és a talaj AM gomba közösségének kapcsolatát elemezték. A hazánkban előforduló fajoknál Simon (2000) nevezéktanát használtuk. A szövegben említett növényfajok listáját – teljes nevezéktani információval – az 1. függelék az Online Függelékben [OF] tartalmazza.

Kevésbé mikorrhizára utaltak-e az inváziós növények? Bár átfogó adatokkal még nem rendelkezünk az inváziós növényfajok AM kapcsolatáról, mégis valószínűsíthető, hogy sikeresebb a növény inváziója, ha nincs specifikus AM partnerre utalva (Pringle et al. 2009). Az új élőhelyre jutásnál feltétel, hogy a kizárólagos AM szimbionta a gazdanövénnyel együtt utazzon. Ennek általában kicsi az esélye (pl. maggal terjedéskor), bár idegenhonos fajok cseréje (pl. kertészeti célból) történhet földlabdával, így akár a kizárólagos AM gomba asszociált fajok is özöngyomokká válhatnak (Richardson et al. 2000). Fakultatív szimbiózis esetén az új élőhely idegen AM fajkészletével nehezebb az új gombakapcsolat létesítése vagy az új gombapartnerrel kevésbé hatékony az együttműködés. Például a fehér akác (Robinia pseudo-acacia) AM gomba szimbiózisából adódó előny a növény eredeti élőhelyén magasabb volt, mint akár a honos amerikai kontinensen új élőhelyekre terjedő vagy az európai inváziós állományokban (Callaway et al. 2011). Az AM gombapartner költsége – a növénytől elvont asszimilátumok mennyisége – magas lehet (Douds et al. 1988), így egy nem-mikorrhizás idegen faj mentesülve ez alól asszimilátumainak nagyobb hányadát fordíthatja növekedésre és kompetíciós erélyének fokozására, ami előnyt jelenthet olyan környezetben, ahol az őshonos fajok többsége mikorrhizás. A vizsgálatok egy része megerősíti ezt az elképzelést: kisebb gyakorisággal észleltek AM kolonizációt egyes inváziós növényfajoknál, mint a nem inváziós őshonos növényeknél (Vogelsang et al. 2004, Pringle et al. 2009). Hazai pusztagyepekben az inváziós Cynodon dactylon és a tömegesen terjedő honos Calamagrostis epigeios kisebb mértékű AM kolonizáTermészetvédelmi Közlemények 19, 2013

4


ciót mutatott, mint az ugyanott őshonos Festuca vaginata és Stipa borysthenica fűfajok (Endresz & Kalapos 2006). Sőt, a közönséges orbáncfű (Hypericum perforatum) esetében kimutatták, hogy a faj észak-amerikai inváziós populációinál a növény AM függősége mérsékeltebb, mint az őshonos európai élőhelyeken. Ez a behurcolást követő gyors mikroevolúciós változásokkal magyarázható (Seifert et al. 2009). Olyan élőhelyeken, ahol a talaj AM gomba közössége eleve szegényes (pl. a szukcesszió korai szakaszában vagy szántókon a gyakori bolygatás nyomán) a sikeres inváziós növények sokszor a nem mikorrhizás rokonsági körökből (pl. Brassicaceae, Amaranthaceae) kerülnek ki (Reeves et al. 1979, Goodwin 1992, Richardson et al. 2000). Ugyanakkor ellenkező eredmények is ismertek, amikor az inváziós növény jelentős, akár a helyben honos fajokét meghaladó mértékű AM kolonizáltságot mutatott új élőhelyén. Például, az észak-amerikai prérit elözönlő európai Centaurea maculosa jóval nagyobb mértékben volt AM gomba kolonizált, mint a préri honos fajai (Marler et al. 1999). Greipsson & DiTommaso (2006) gazdagabb AM gomba közösséget figyelt meg a talajban három, fás szárú erdei inváziós faj által borított területen, mint az ezektől mentes szomszédos erdőben. Nagy-Britanniában a behurcolt növényfajok elsősorban az erősen mikorrhizált családokba tartoznak (Fitter 2005). A nálunk is veszélyes özöngyom ürömlevelű parlagfű (Ambrosia artemisiifolia) intenzív AM kapcsolattal rendelkezik új élőhelyein (Fumanal et al. 2006). A himalájai Kasmíri-völgy 63 inváziós vagy idegenhonos növényfajának 93 %-a rendelkezett AM gomba szimbiontával, és a mikorrhizáltság mértéke a legtöbbnél magas volt (Shah et al. 2009). Hazai homokpusztagyepek növényei között egyes inváziós fajok (Ailanthus altissima, Asclepias syriaca, Ambrosia artemisiifolia, Conyza canadensis) jelentős fokú mikorrhizáltságot mutattak, míg más özöngyomok ugyanitt nem (Cenchrus incertus, Senecio vernalis) vagy csak kevéssé (Tragus racemosus) voltak mikorrhizáltak (Kovács & Szigetvári 2002). Alföldi vegyes lombú erdőben az inváziós Robinia pseudo-acacia-nál is jelentős AM gomba kapcsolatot mutattak ki (Kovács & Bagi 2001). A legújabb kutatások szerint az AM gombafajok egy része igen széles földrajzi elterjedéssel bír, és az idegenhonos behurcolt növények – közöttük inváziós fajok is – sokszor ezekkel a generalista mikorrhiza partnerekkel társulnak új hazájukban (Moora et al. 2011). Egy üvegházi monokultúrás kísérletben generalista AM gombával beoltás fokozta a növény növekedését az inváziós Sapium sebiferum-nál, míg nem volt hatása vagy lassította a növekedést öt őshonos fafajnál Észak-Amerika délkeleti részén (Nijjer et al. 2004). Természetvédelmi Közlemények 19, 2013


5

Mindezek tükrében megállapítható, hogy az inváziós növények kevésbé ráutaltak az AM szimbiózisra, de nem feltétlenül kevésbé mikorrhizáltak, mint a nem inváziós fajok. Ennek oka, hogy AM szimbiózisuk fakultatív és/vagy nem specifikus, széles elterjedésű, generalista AM gomba partnerekkel valósul meg. Kovács (2008) a magyarországi növényfajok mikorrhizáltságának áttekintésekor arra a következtetésre jutott, hogy az inváziós fajok amennyiben mikorrhiza képzők, úgy leginkább kevéssé specifikus AM gombákkal kapcsoltak. Éppen ez az opportunista vonás jelenthet előnyt az invázióban: attól függően, hogy a konkrét kolonizált életközösségben milyenek a feltételek, az özöngyom hasznosítja vagy nem él az AM gomba kapcsolattal.

Fokozhatják-e a mikorrhiza gombák az inváziós faj kompetíciós erélyét? Egyes inváziós fajok a talaj közös, számos növényt összekapcsoló AM gomba hálózatához csatlakozhatnak gyökerükkel és ezen keresztül szénasszimilátumokat vonhatnak el más fajoktól. Észak-Amerikában Carey et al. (2004) szénvegyület transzlokációt mutatott ki az őshonos Festuca idahoensis egyedeitől az özöngyom Centaurea maculosa gyökerébe a közös AM gomba hálózaton keresztül. Érdekes módon ugyanennek az özöngyomnak az inváziójában nem játszott szerepet a talaj AM gomba közössége az észak-amerikai Nagy Tavak vidékén korai szukcessziós homokdűnéken (Emery & Rudgers 2012). Ugyancsak a talaj közös AM gomba hálózatát használhatják egyes növények allelopatikus anyagaik terjesztésére. Egy kísérletes vizsgálatban a Tagetes tenuifolia gyökerei termelte allelopatikumok nagyobb távolságra és magasabb koncentrációban jutottak el a talaj közös AM gomba hálózatán keresztül, mint puszta diffúzióval a talajban (Barto et al. 2011). Callaway et al. (2003) növényházas kísérleteiben azt találta, hogy az Észak-Amerikában invaziós Centaurea melitensis kompetíciós képességét erősen mérsékelte az őshonos Nassella pulchra-val szemben, ha fungiciddel kezelték a talajt, ami jelentősen lecsökkentette a gyökerek mikorrhizáltságát. Ez alátámasztotta azt a feltételezést, hogy az AM az idegenhonos faj kompetíciós erélyét fokozta és ezzel terjedését segítette. Ellenkezőjére is van példa, amikor az AM a honos faj kompetíciós erélyét emelte az inváziós fajéval szemben. Az USA délkeleti részén honos Prunus caroliniana gyengébb növekedést és magasabb mortalitást mutatott az inváziós Ardisia crenata-val kompetícióban amikor a talaj AM közösségét fungicides kezeléssel elpusztították, mint amikor az AM közösséget épen hagyták (Bray et al. 2003). Természetvédelmi Közlemények 19, 2013

6


Hogyan befolyásolhatják az özönnövények a talaj arbuszkuláris mikorrhiza gomba közösségét? A kutatások arra utalnak, hogy az idegenhonos növényfaj – közvetlen vagy közvetett úton – átalakíthatja az új élőhelyen a talaj eredeti mikrobiális közösségét, ebben az AM gombaközösséget is (Kourtev et al. 2002, Batten et al. 2006, Greipsson & DiTommaso 2006). Többféle mechanizmusa lehet ennek. Az idegen faj által kiválasztott szerves vegyületek (allelopatikumok) közvetlenül gátolhatják a helyi AM gombaközösséget, ami így fokozatosan elszegényedik. Ezt találták az Európában honos hagymaszagú kányazsombor (Alliaria petiolata) észak-amerikai inváziós állományainál (Stinson et al. 2006, Hale et al. 2011). A Kínában is özöngyom kanadai aranyvessző (Solidago canadensis) tarackjának vizes kivonatával öntözve három honos növényfajt gyökerük AM gomba kolonizáltságának jelentős csökkenését figyelték meg (Zhang et al. 2007). Egy másik mechanizmus, hogy az özönnövény a talaj fizikai vagy kémiai tulajdonságait módosítja úgy, hogy az az eredeti AM gomba közösség számára már kevésbé alkalmas környezetet teremt. Arizona folyó menti puhafaligeteiben a honos Populus fremontii dominálta erdőállományokat elözönlő eurázsiai nem mikorrhizás tamariska (Tamarix sp.) jelentősen emelte a talaj sókoncentrációját, ami hátrányos az AM gombákra (Meinhardt & Gehring 2012). Számos özönnövény térhódításával a talaj szén- és felvehető növényi tápanyagkészlete – főleg nitrogén- és foszforkészlete – jelentősen emelkedik (Kourtev et al. 2002). Általánosan megfigyelt, hogy a növény AM gombával kialakított szimbionta kapcsolata mérséklődik tápanyagban gazdag talajon (Brundrett 1991). Afrikában a Száhel övezet Amaranthus viridis özöngyommal fertőzött területein kétszeresére nőtt a talaj szén-, nitrogén- és foszforkészlete, és ezzel párhuzamosan markánsan elszegényedett az AM gomba közösség és jelentősen visszaesett a honos Acacia fajok mikorrhizáltsága is (Sanon et al. 2012). Közvetett módon az özönfaj pusztán tömegességénél fogva alakíthatja át a talaj AM gomba közösségét: nem-mikorrhizás lévén vagy más AM gombákkal kapcsolatot fenntartva az eredeti AM gomba közösség fokozatosan visszaszorul (Hawkes et al. 2006, Niu et al. 2007, van der Putten et al. 2007, Vogelsang & Bever 2009, Zhang et al. 2010). Például, az észak-amerikai özöngyom Centaurea maculosa által elözönlött területeken a talaj AM közösség diverzitása jelentősen csökkent (Mummey & Rillig 2006), jóval gyakoribbá váltak a C. maculosa-val kapcsolt AM gombák, mint a honos fajokkal asszociáltak, és a honos fajok gyökerét is azok kolonizálták (Mummey et al. 2005). Az eurázsiai inváziós fű Bothriochloa bladhii Természetvédelmi Közlemények 19, 2013


7

hatására csökkent a gyökér AM gomba kolonizáltsága és a növény fitomassza termelése az Andropogon gerardii és Schizachyrium scoparium préri füveknél (Wilson et al. 2012). Kiskunsági homokpusztán az őshonos magyar csenkesz (Festuca vaginata) és homoki árvalányhaj (Stipa borysthenica) gyökerének AM gomba kolonizáltsága jelentősen mérsékeltebb volt az özöngyom csillagpázsittal (Cynodon dactylon) vagy siskanádtippannal (Calamagrostis epigeios) fertőzött állományban, mint a honos fajokból álló természetközeli gyepben (Endresz et al. 2013). A különböző AM gomba fajok gyökér kolonizációs évszakos ritmusa (fenológiája) is eltérhet (Merryweather & Fitter 1998, Sánchez-Castro et al. 2012). Így ha az inváziós növény az eredeti AM gomba közösségtől különböző fenológiájú mikorrhizával asszociált, a honos AM gomba közösség diverzitása csökkenhet. Hasonlóan, magának az inváziós növényfajnak a honosakétól eltérő fenológiája is előidézhet változásokat a talaj mikrobiális közösségében. Például, Észak-Amerika egyik legsúlyosabb károkat okozó özönnövénye, a fedél rozsnok (Bromus tectorum) ősszel csírázva és magoncként áttelelve gyökérnövekedésével és így saját AM gomba kapcsolatának kiépítésével hónapokkal megelőzi a tavasszal csírázó honos fajokat. Így egyfajta területfoglalásos előnyre tesz szert az AM mikorrhiza gomba közösség tekintetében is (Hawkes et al. 2006, Busby et al. 2012b). Ugyanennek a mechanizmusnak a szerepét látja Wilson et al. (2012) az előbb említett inváziós Bothriochloa bladhii sikerében. Az AM gomba és a növény közötti szimbiózisról régóta ismert, hogy minél intenzívebb a gazdanövény anyagcseréje és növekedése, annál fokozottabb a gombapartner növekedése is, hiszen jelentősebb mennyiségű szénhidráthoz juthat az a növénytől (Brundrett 1991). Az inváziós növényekre általában gyors növekedés és élénk anyagcsere jellemző (Pyšek & Richardson 2007), így ennél a sajátságuknál fogva is nagyobb mértékű saját AM gombaközösséget tarthatnak fenn, mint a helyben élő honos fajok. Számos vizsgálat azt mutatta ki, hogy a talaj eredeti AM gomba közösségének jelentős a szerepe az idegenhonos növényfaj inváziójával szembeni ellenállásban (Vogelsang et al. 2004, Vogelsang & Bever 2009). Mikrokozmosz kísérletben a néhány fajból álló kis mesterséges közösségek ellenállása a Bidens pilosa özöngyommal szemben a talaj AM gombaközösségének fajösszetételétől függött (Stampe & Daehler 2003). Ugyancsak kísérletes vizsgálatban az európai származású özöngyom hagymaszagú kányazsombor (Alliaria petiolata) allelopatikus gátló hatása a honos Impatiens pallida-ra mérsékeltebb volt, amikor a honos fajt AM gomba partnerével együtt nevelték, mint amikor anélkül (Barto et al. 2010). Természetvédelmi Közlemények 19, 2013

8


Természetvédelmi vonatkozások Látható, hogy a növényi invázió során a talaj AM gomba közösségében beálló változások nagyon sokfélék lehetnek. Mint a biológiai invázió sok más vonatkozásában, itt sincs egyetlen általános mechanizmus, hanem a folyamatban résztvevő növény- és gombaközösség, az élőhely sajátsága és további tényezők határozzák meg egy-egy konkrét esetben az interakció jellegét és hatását a közösség szerkezetére és az ökoszisztéma működésére. Az viszont megállapítható, hogy az özönnövény térhódításával megváltozik a talaj AM gomba közössége is, sokszor az inváziós faj előnyére az eredeti közösséggel szemben. Ezek a módosulások a talaj mikrobiótájában maradandók: az özönnövény esetleges sikeres eltávolítását követően egyfajta emlékképként megőrződnek és nehezítik az eredeti növénytakaró regenerációját. A kutatások szerint egy életközösség invázióval szembeni ellenállását támogatja, ha talajának saját AM közössége jól fejlett és működése zavartalan. Az inváziós növények viszont megbontják, átalakítják ezt a mikrobiális közösséget, jelentősen nehezítve így az eredeti életközösség fennmaradását vagy regenerációját. Ezért minden olyan természetvédelmi beavatkozás, ami a honos AM gomba közösséget támogatja, egyben az életközösség inváziós fajokkal szembeni védelmét is segíti. Nagy-Britanniában rövidre nyírt sportgyepekben a domináns évelő Agrostis stolonifera fűfajt kiszorító egyéves Poa annua invázióját eredményesen mérsékelték a gyep eredeti AM gomba közösségének megerősítésével (Gange et al. 1999). A talaj AM gomba közösségének átalakulása az inváziós növény térhódításával lassan, fokozatosan megy végbe. Ezért annál nagyobb sikerrel menthető meg az eredeti mikrobióta, minél hamarabb történik a megőrzésére irányuló beavatkozás (Busby et al. 2012a). Az életközösség helyreállításához az özönnövény eltávolításán túl a mikrobiális közösség is restaurálandó. Ez történhet AM gomba szaporító képletekkel beoltással (inokuláció, pl. Gange et al. 1999), a helyreállítani kívánt közösségből származó feltalaj szétterítésével (Reeves et al. 1979, Vogelsang et al. 2004, Greipsson & DiTommaso 2006) vagy a talaj fi zikai és kémiai tulajdonságainak az AM közösséget támogató módosításával. A növénytakarót és a talajt érő bolygatások rendszerint az AM gomba közösség elszegényedését is eredményezik (pl. Reeves et al. 1979). Ezért nemcsak a növényi invázió, hanem más eredetű leromlás esetén is eredményesen alkalmazható a talaj mikrobióta mesterséges megerősítése az életközösségek restaurációjában. Természetvédelmi Közlemények 19, 2013


9

Irodalomjegyzék Barto, K., Friese, C. & Cipollini, D. (2010): Arbuscular mycorrhizal fungi protect a native plant from allelopathic effects of an invader. – Journal of Chemical Ecology 36: 351–360. Barto, E. K., Hilker, M., Müller, F., Mohney, B. K., Weidenhamer, J. D. & Rillig, M. (2011): The fungal fast lane: common mycorrhizal networks extend bioactive zones of allelochemicals in soils. – PLoS ONE 6e27195. Batten, K. M., Scow, K. M., Davies, K. F. & Harrison, S. P. (2006): Two invasive plants alter soil microbial community composition in serpentine grasslands. – Biological Invasions 8: 217–230. Bever, J. D., Richardson, S. C., Lawrence, B. M., Holmes, J. & Watson, M. (2008): Preferential allocation to beneficial symbiont with spatial structure maintains mycorrhizal mutualism. – Ecology Letters 12: 13–21. Blossey, B. & Nötzold, R. (1995): Evolution of increased competitive ability in invasive nonindigenous plants: a hypothesis. – Journal of Ecology 83: 887–889. Bossdorf, O., Auge, H., Lafuma, L., Rogers, W. E., Siemann, E. & Prati, D. (2005): Phenotypic and genetic differentiation between native and introduced plant populations. – Oecologia 144: 1–11. Botta-Dukát, Z. 2004: A növényi invázióval kapcsolatos hazai és nemzetközi aktivitás. – In: Mihály B. & Botta-Dukát Z. (szerk.): Biológiai inváziók Magyarországon. Özönnövények. A KvVM Természetvédelmi Hivatalának tanulmánykötetei 9. Természetbúvár Alapítvány Kiadó, Budapest. pp. 17–33. Bray, S. R., Kitajima, K. & Sylvia, D. M. (2003): Mycorrhizae differentially alter growth, physiology, and competitive ability of an invasive shrub. – Ecological Applications 13: 565–574. Brundrett, M. (1991): Mycorrhizas in natural ecosystems. – Advances in Ecological Research 21: 171–313. Busby, R. R., Paschke, M. W., Stromberger, M. E. & Gebhart, G. L. (2012a): Seasonal variation in arbuscular mycorrhizal fungi root colonization of cheatgrass (Bromus tectorum), an invasive winter annual. – Journal of Ecosystem and Ecography S8: 001. Busby, R. R., Stromberger, M. E., Rodriguez, G., Gebhart, D. L. & Paschke, M. W. (2012b): Arbuscular mycorrhizal fungal community differs between a coexisting native shrub and introduced annual grass. – Mycorrhiza 23: 129–141. Callaway, R. M., Bedmar, E. J., Reinhart, K. O., Silvan, C. G. & Klironomos, J. N. (2011): Effects of soil biota from different ranges on Robinia invasion: acquiring mutualists and escaping pathogens. – Ecology 92: 1027–1035. Callaway, R. M., Cippolini, D., Barto, K., Thelen, G. C., Hallett, S. G., Prati, D., Stinson, K. & Klironomos, J. N. (2008): Novel weapons: invasive plant supresses fungal mutualists in America but not in its native Europe. – Ecology 89: 1043–1055. Callaway, R. M., Mahall, B. E., Wicks, C., Pankey, J. & Zabinski, C. (2003): Soil fungi and the effects of an invasive forb on grasses: neighbor identity matters. – Ecology 84: 129–135. Callaway, R. M. & Ridenour, W. (2004): Novel weapons: invasive success and the evolution of increased competitive ability. – Frontiers in Ecology and Environment 2: 436–443. Carey, J. R., Marler, M. J. & Callaway, R. M. (2004): Mycorrhizae transfer carbon from a native grass to an invasive weed: evidence from stable isotopes and physiology. –Plant Ecology 172: 133–141.

Természetvédelmi Közlemények 19, 2013

10


Davis, M. A., Grime, J. P. & Thompson, K. (2000): Fluctuating resources in plant communities: a general theory of invasibility. – Journal of Ecology 88: 528–534. Douds Jr, D. D., Johnson, C. R. & Koch, K. E. (1988): Carbon cost of the fungal symbiont relative to net leaf P accumulation in a split-root VA mycorrhizal symbiosis. – Plant Physiology 86: 491–496. Emery, S. M. & Rudgers, J. A. (2012): Impact of competition and mycorrhizal fungi on growth of Centaurea stoebe, an invasive plant of sand dunes. – American Midland Naturalist 167: 213–222. Endresz G. & Kalapos T. (2006): Inváziós és nem inváziós füvek mikorrhizáltsága. – In: Mihalik E. (szerk): XII. Magyar Növényanatómiai Szimpózium Sárkány Sándor emlékére. 2006. június 22-23. JATEPress, Szeged. pp. 184–188. Endresz, G., Somodi, I. & Kalapos, T. (2013): Arbuscular mycorrhizal colonisation of roots of grass species differing in invasiveness. Community Ecology 14: 67–76. Fitter, A. H. (2005): Darkness visible: reflections on underground ecology. – Journal of Ecology 93: 231–243. Fumanal, B., Plenchette, C., Chauvel, B. & Bretagnolle, F. (2006): Which role can arbuscular mycorrhizal fungi play in the facilitation of Ambrosia artemisiifolia L. Invasion in France? – Mycorrhiza 17: 25–35. Gange, A. C., Lindsay, D. E. & Ellis, L. S. (1999): Can arbuscular mycorrhizal fungi be used to control the undesirable grass Poa annua on golf courses? – Journal of Applied Ecology 36: 909–919. Goodwin, J. (1992): The role of mycorrhizal fungi in competitive interactions among native bunchgrasses and alien weeds: A review and synthesis. – Northwest Science 66: 251–260. Greipsson, S. & DiTommaso, A. (2006): Invasive non-native plants alter the occurrence of arbuscular mycorrhizal fungi and benefit from this association. – Ecological Restoration 24: 236–241. Hale, A., Tonsor, S. J. & Kalisz, S. (2011): Testing the mutualism disruption hypothesis: physiological mechanisms for invasion of intact perennial plant communities. – Ecosphere 2: 110. Hawkes, C. W., Belnap, J., D’Antonio, C. & Firestone, M. K. (2006): Arbuscular mycorrhizal assemblages in native plant roots change in the presence of invasive exotic grasses. – Plant and Soil 281: 369–380. Hierro, J. L., Maron, J. L. & Callaway, R. M. (2005): A biogeographical approach to plant invasions: the importance of studying exotics in their introduced and native range. –Journal of Ecology 93: 5–15. Janos, D. P. (2007): Plant responsiveness to mycorrhizas differs from dependence upon mycorrhizas. Mycorrhiza 17: 75–91. Keane, R. M. & Crawley, M. J. (2002): Exotic plant invasions and the enemy release hypothesis. – Trends in Ecology and Evolution 17: 164–170. Klironomos, J. N. (2002): Feedback with soil biota contributes to plant rarity and invasiveness in communities. – Nature 417: 67–70. Klironomos, J. N. (2003): Variation in plant response to native and exotic arbuscular mycorrhizal fungi. – Ecology 84: 2292–2301. Kourtev, P. S., Ehrenfeld, J. G. & Häggblom, M. (2002): Exotic plant species alter the microbial community structure and function in the soil. – Ecology 83: 3152–3166. Kovács, M. G. (2008): Magyarországi növények mikorrhizáltsági vizsgálatainak összefoglalása. Mit mondhatnak ezek az adatok? – Kitaibelia 13: 62–73.



11

Kovács, M. G. & Bagi, I. (2001): Mycorrhizal status of plants in a mixed deciduous forest from the Great Hungarian Plain with special emphasis on the potential mycorrhizal partners of Terfezia terfezioides (Matt.) Trappe (Pezizales). – Phyton: 161–168. Kovács, M. G. & Szigetvári, Cs. (2002): Mycorrhizae and other root-associated fungal structures of the plants of a sandy grassland on the Great Hungarian Plain. – Phyton 42: 211–223. Marler, M. J., Zabinski, C. A. & Callaway, R. M. (1999): Mycorrhizae indirectly enhance competitive effects of an invasive forb on a native bunchgrass. – Ecology 80: 1180–1186. Meinhardt, K. A. & Gehring, C. A. (2012): Disrupting mycorrhizal mutualisms: a potential mechanism by which exotic tamarisk outcompetes native cottonwoods. – Ecological Applications 22: 532–549. Merryweather, J. & Fitter, A. H. (1998): The arbuscular mycorrhizal fungi of Hyacinthoides non-scripta II. Seasonal and spatial patterns of fungal populations. – New Phytologist 138: 131–142. Mihály, B. & Botta-Dukát, Z. (2004): Biológiai Inváziók Magyarországon. Özönnövények. KvVM Természetvédelmi Hivatalának tanulmánykötetei 9. 426 p. Millennium Ecosystem Assessment. (2005): Ecosystems and Human Well-being: Synthesis. Island Press, Washington, DC. Mitchell, C., Agrawal, A. A., Bever, J. D., Gilbert, G. S., Hufbauer, R. A., Klironomos, J. N., Maron, J. L., Morris, W. F., Parker, I. M., Power, A. G., Seabloom, E. W., Torchin, M. E. & Vázquez, D. P. (2006): Biotic interactions and plant invasions. – Ecology Letters 9: 726–740. Moles, A., Gruber, M. & Bonser, S. (2008): A new framework for predicting invasive plant species. – Journal of Ecology 96: 13–17. Moora, M., Berger, S., Davison, J., Öpik, M., Bommarco, R., Bruelheide, H., Kühn, I., Kunin, W. E., Metsis, M., Rortais, A., Vanatoa, A., Vanatoa, E., Stout, J. C., Truusa, M., Westphal, C., Zobel, M. & Walther, G. R. (2011): Alien plants associate with widespread generalist arbuscular mycorrhizal fungal taxa: evidence from a continental-scale study using massively parallel 454 sequencing. – Journal of Biogeography 38: 1305–1317. Mummey, D. L. & Rillig (2006): The invasive plant species Centaurea maculosa alters arbuscular mycorrhizal fungal communities in the field. – Plant and Soil 288: 81–90. Mummey, D. L., Rillig, M. C. & Holben, W. E. (2005): Neighboring plant influences on arbuscular mycorrhizal fungal community composition as assessed by T-RFLP analysis. – Plant and Soil 271: 83–90. Newsham, K. K., Fitter, A. H. & Watkinson, A. R. (1995): Multi-functionality and biodiversity in arbuscular mycorrhizas. – Trends in Ecology and Evolution 10: 407–411. Nijjer, S., William, E. R. & Siemann, E. (2004): The effect of mycorrhizal inoculum on the growth of five native tree species and the invasive Chinese Tallow tree (Sapium sebiferum). – Texas Journal of Science 56: 357–368. Niu, H. B., Liu, W. X., Wan, F. H. & Liu, B. (2007): An invasive aster (Ageratina adenophora) invades and dominates forest understories in China: altered soil microbial communities facilitate the invader and inhibit natives. – Plant and Soil 294: 73–85. Pimentel, D., Zuniga, R. & Morrison, D. (2005): Update on the environmental and economic costs associated with alien-invasive species in the United States. – Ecological Economics 52: 273–288.


12


Pringle, A., Bever, J. D., Gardes, M., Parrent, J. L., Rillig, M. C. & Klironomos, J. N. (2009): Mycorrhizal symbioses and plant invasions. – Annual Review of Ecology and Systematics 40: 699–715. Pyšek, P. & Richardson, D. M. (2007): Traits associated with invasiveness in alien plants: where do we stand? – In: Nentwig, W. (ed.): Biological Invasions. Springer Verlag, Heidelberg. pp. 97–125. Reeves, F. B., Wagner, D., Moorman, T. & Kiel, J. (1979): The role of endomycorrhizae in revegetation practices in the semi-arid west. I. A comparison of incidence of mycorrhizae in severely disturbed vs. natural environments. – American Journal of Botany 66: 6–13. Reinhart, K. O. & Callaway, R. M. (2006): Soil biota and invasive plants. – New Phytologist 170: 445–457. Richardson, D. M., Allsopp, N., D’Antonio, C. M., Milton, S. J. & Rejmánek, M. (2000): Plant invasions - the role of mutualism. – Biological Review 75: 65–93. Richardson, D. M. & Pyšek, P. (2006): Plant invasions: merging the concepts of species invasiveness and community invasibility. – Progress in Physical Geography 30: 409–431. Rillig, M. C. (2004): Arbuscular mycorrhizae and terrestrial ecosystem processes. – Ecology Letters 7: 740–754. Sanon, A., Beguiristain, T., Cébron, A., Berthelin, J., Sylla, S. N. & Duponnois, R. (2012): Differences in nutrient availability and mycorrhizal infectivity in soils invaded by an exotic plant negatively influence the development of indigenous Acacia species. – Journal of Environmental Management 95: S275–S279. Sánchez-Castro, I., Ferrol, N., Cornejo, P. & Barea, J. M. (2012): Temporal dynamics of arbuscular mycorrhizal fungi colonizing roots of representative shrub species in a semi-arid Mediterranean ecosystem. – Mycorrhiza 22: 449–460. Schüßler A. & Walker C. (2010): The Glomeromycota: a species list with new families and genera. – In: Edinburgh & Kew, UK: The Royal Botanic Garden; Munich, Germany: Botanische Staatssammlung Munich; Oregon, USA: Oregon State University. URL: http://www.amf-phylogeny.com. ISBN-13: 978-1466388048 Seifert, E. K., Bever, J. D. & Maron, J. L. (2009): Evidence for the evolution of reduced mycorrhizal dependence during plant invasion. – Ecology 90: 1055–1062. Shah, M. A., Reshi, Z. A. & Khasa, D. (2009): Arbuscular mycorrhizal status of some Kashmir Himalayan alien invasive plants. – Mycorrhiza 20: 67–72. Simberloff, D. & Von Holle, B. (1999): Positive interactions of nonindigenous species: invasional meltdown? – Biological invasions 1: 21–32. Simon, T. (2000): A magyarországi edényes flóra határozója. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. Smith, S. & Read, D. (2008): Mycorrhizal Symbiosis – Third Edition. Academic Press, London. Smith, S. E., & Smith, F. A. (2011): Roles of arbuscular mycorrhizas in plant nutrition and growth: new paradigms from cellular to ecosystem scales. – Annual Review of Plant Biology 62: 227–50. Stampe, E. D. & Daehler, C. (2003): Mycorrhizal species identity affects plant community structure and invasion: a microcosm study. – Oikos 100: 362–372. Stinson, K. A., Campbell, S. A., Powell, J. R., Wolfe, B. E., Callaway, R. M., Thelen, G. C., Hallett, S. G., Prati, D. & Klironomos, J. N. (2006): Invasive plant suppresses the growth of native tree seedlings by disrupting belowground mutualisms. – PLoS Biology 4e140.



13

Takács, T. & Vörös, I. (2003): Az arbuszkuláris mikorrhiza gombák szerepe gazdanövényük vízés tápanyagellátásában. – Növénytermelés 52: 583–593. Török, K., Botta-Dukát, Z., Dancza, I., Németh, I., Kiss, J., Mihály, B. & Magyar, D. (2003): Invasion gateways and corridors in the Carpathian Basin: biological invasions in Hungary. – Biological Invasions 5: 349–356. van der Heijden, M. G. A., Klironomos, J. N., Ursic, M., Moutoglis, P. M., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., Wiemken, A. & Sanders, I. R. (1998): Mycorrhizal fungal diversity determines plant biodiversity, ecosystem variability and productivity. – Nature 396: 69–72. van der Putten, W. H., Kowalchuk, G. A., Brinkman, E. P., Doodeman, G. T. A., van der Kaaij, R. M., Kamp, A. F. D., Menting, F. B. J. & Veenendaal, E. M. (2007): Soil feedback of exotic savanna grass relates to pathogen absence and mycorrhizal selectivity. – Ecology 88: 978–988. Vogelsang, K. M. & Bever, J. D. (2009): Mycorrhizal densities decline in association with nonnative plants and contribute to plant invasion. – Ecology 90: 399–407. Vogelsang, K. M., Bever, J. D., Griswold M. S. P. & Schultz P. A. (2004): The use of mycorrhizal fungi in erosion control applications. Sacramento, CA, USA: California Department of Transportation. 150 p. Wang, B. & Qiu, Y. L. (2006): Phylogenetic distribution and evolution of mycorrhizas in land plants. – Mycorrhiza 16: 299–363. Wilson, G. W. T., Hickman, K. R. & Williamson, M. M. (2012): Invasive warm-season grasses reduce mycorrhizal root colonization and biomass production of native prairie grasses. – Mycorrhiza 22: 327–336. Zhang, Q., Yao, L. J., Yang, L. Y., Tang, J. J. & Chen, X. (2007): Potential allelopathic effects of an invasive species Solidago canadensis on the mycorrhizae of native plant species. – Allelopathy Journal 20: 71–78. Zhang, Q., Yang, R., Tang, J., Yang, H., Hu, S. & Chen, X. (2010): Positive feedback between mycorrhizal fungi and plants influences plant invasion success and resistance to invasion. – PLoS ONE 5: e12380.

Függelék A cikkhez tartozó Online Függelék a folyóirat honlapján található. Függelék 1: A szemlében említett növényfajok listája


14


The role of soil arbuscular mycorrhizal fungal community in plant invasions Gábor Endresz 1* and Tibor Kalapos 1 Department of Plant Systematics, Ecology and Theoretical Biology, Institute of Biology, Eötvös Loránd University H-1117 Budapest, Pázmány Péter stny. 1/C, Hungary *Current address: Szent László Secondary School, H-1102 Budapest, Kőrösi Csoma S. út 28-34, Hungary e-mail: [email protected]

1

Some 90 % of terrestrial plant species form mycorrhizal associations with fungi of which arbuscular mycorrhizas (AM) are the most common type. In this symbiosis, host specificity is low and many AM fungi are cosmopolitan. Based on these traits, it was long assumed that AM does not play an important role in plant invasions. In the last two decades a host of studies showed that AM fungi can indeed influence plant invasions by either facilitating or hindering the success of the invader. Invasive species may be less dependent on AM than native species as they are either non-mycorrhizal or facultative mycorrhizal forming associations with cosmopolitan, generalist fungi. Exotic plants may take advantage of the local AM community to enhance their competitive ability (e.g. by drawing assimilates from resident species through common mycorrhizal network). Through various mechanisms (e.g. allelopathy, mineral nutrient enrichment, fungal or host plant phenology, rapid growth, high abundance) invasive species can alter the composition of the AM community in the invaded habitat for their own benefit and that can have a negative influence on resident plants if dependent on native AM fungi. Often, the resident AM community is an important component in the defence of plant communities against plant invasion. Therefore, protection against invasive plants or restoration of invaded habitats may require direct manipulation of the soil AM community (through e.g. spore inoculation or topsoil replacement). For this, a thorough knowledge of both the AM association of the invasive plant and the resident AM community is required. Keywords: allelopathy, endomycorrhiza, invasive plants, community ecology, review


A talaj arbuszkuláris mikorrhiza gomba közösségének szerepe a növényi invázióban

Recommend Documents